Dispositifs sans fils étirables à ondes acoustiques de surface : vers des capteurs passifs multifonctionnels imprimés sur la peau – SAWGOOD

Dans nos sociétés modernes, la nécessité de connaître en continu les paramètres du corps humain est une tendance croissante. Des applications biomédicales et professionnelles aux applications de cosmétique, bien-être/sport, les objets connectés qui surveillent les paramètres corporels font partie d’un marché très important – et en croissance. Pourtant, la nécessité d’utiliser des fils et/ou de connectiques potentiellement inconfortables, des bracelets ou parfois des ceintures empêche les utilisateurs de porter en permanence ces objets connectés.
Dans ce contexte, un nouveau champ a émergé : l’électronique sur peau ou « epidermal electronics », à savoir une nouvelle classe de dispositifs électroniques qui sont tatoués sur la peau de manière « transparente » (ie adaptés mécaniquement), et qui peuvent s’étirer, se plier, se tordre ou se conformer à n’importe quelle forme
Pourtant, l'électronique sur peau souffre encore de limitations : elle nécessite souvent l'utilisation d'électrodes et interconnexions peu commodes pour mesurer différents paramètres (température, déformations, EEG, EMG). Par ailleurs, la mise en oeuvre de batteries et de radios RF pour réaliser des émetteurs-récepteurs actifs pour assurer les télétransmissions dans ce format est extrêmement difficile. C’est pourquoi le développement de capteurs entièrement passifs est très intéressant.
Dans ce contexte, les dispositifs à base d’ondes acoustiques de surface (SAW) sont particulièrement pertinents. Les capteurs à base de SAW présentent l'avantage d'être entièrement passifs (sans batterie) et peuvent être interrogés en utilisant des techniques sans fil.

L'objectif du projet SAWGOOD est de jeter les bases d'une nouvelle génération de capteurs à ondes acoustiques de surface étirable et imperceptibles, sur la peau, grâce à la combinaison de trois aspects: des antennes tatouées fort gain, des structures WLAW (Waveguiding Layer Acoustic Wave) confinées, afin de réaliser des dispositifs sans packaging et des techniques de micro-fabrication avancée. La solution WLAW permet également de pousser la miniaturisation à son extrême en produisant des composants ultrafins
L'objectif final est de réaliser des capteurs multifonctions "prêts à être tatoués" d'une épaisseur totale inférieure à 40 µm, passifs, sans batterie, sans fil et sans emballage.

Notre objectif à long terme est de construire une plate-forme complète de de capteurs sans fil étirable, qui inclut une large gamme de capteurs biomédicaux, qui comprendront la température, le champ magnétique, l'hydratation, la déformation et la pression.
Dans le cadre de cette ANR JCJC, nous avons choisi de nous concentrer sur deux mesurandes d'intérêt biomédical, avec une portée sans fil de 50 cm.
- le principal est la température, avec un objectif de sensibilité de 0.1 ° C
- le second est le champ magnétique. Ici, le but est double: mesurer le champ magnétique de milieu de gamme (mT), comme un dispositif d'alerte pour les porteurs de pacemakers. Le deuxième objectif est de progresser vers la gamme de détection des champs cérébraux (fF). Ceci étant trop loin, un objectif intermédiaire dans la plage nT-µT est défini.
Les bandes de fréquences ISM seront utilisées pour l'interrogation (433 MHz, 868 MHz, 2450 MHz).

Les collaborations avec des partenaires industriels ont déjà commencé à répondre aux besoins des utilisateurs finaux (solutions Pharmagest et BASF Beauty Care) et aux spécifications et contraintes des intégrateurs microélectroniques et fournisseurs de plaquettes (Frec | n | sys / SOITEC et Femto Engineering).

Ce projet ouvrira de nouveaux marchés pour ces entreprises et contribuera à stimuler le renouveau industriel
Sur un plan plus personnel, ce projet JCJC sera l'occasion pour le Dr Hage-Ali de renforcer son sujet de recherche à l'IJL autour des capteurs étirables et constituera un pas vers une demande de subvention ERC Consolidator en 2021-2022.